• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2009년도 춘계 학술대회 제21권1호
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• pp.525-526
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• 2009

본 논문에서는 Sporosarcina pasteurii라는 미생물의 생체광물형성작용을 이용하여 Calcite($CaCO_3$) 석출을 유도하고, 이를 Mortar에 적용하여 요구 성능 향상을 평가하였다. Sporosarcina pasteurii를 혼입(input)한 Mortar 시험체(C3S-S.p)와 일반 Mortar 시험체(C3S-W)의 중성화 반응을 실험을 통해 비교한 결과 C3S-S.p가 C3S-W에 비해 중성화가 지연되는 것을 육안으로 확인할 수 있었다. 또한 28日간 Urea-CaCl2 수용액(Medium)에서 양생한 C3S-S.p와 C3S-W의 내구성을 실험을 통해 비교한 결과 Sporosarcina pasteurii를 혼입한 Mortar 시험체(C3S-S.p)가 일반 Mortar 시험체(C3S-W) 비해 내구성이 향상된 것으로 나타났다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제9권3호
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• pp.255-259
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• 1999

A 6.9-kb DNA fragment including the minimal Bacillus pasteurii urease gene cluster was subcloned into a high-copy-number plasmid vector, pUC19, and the recombinant B. pasteurii urease was overexpressed in Escherichia coli. The recombinant urease was purified 25.9-fold by using combinations of anion-exchange and gel-filtration chromatography followed by Mono-Q chromatography on a FPLC. N-terminal peptide sequencing analyses revealed that two distinct smaller peptide bands resolved on a 10-18％ gradient SDS-PAGE corresponded to UreA and UreB peptides, respectively. It was also shown that the ureB gene was translated from a GUG codon and the first methionine residue was post-translationally cleaved off. The native molecular weight of the recombinant urease was 176,000 and 2 nickel atoms were present per catalytic unit. pH stability studies of the purified enzyme showed that the recombinant Bacillus pasteurii urease is stable in alkaline pH range, which is similar to the enzyme of the evolutionarily related bacterium, Sporosarcina ureae.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제25권8호
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• pp.1328-1338
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• 2015

Years of research have shown that the application of microorganisms increases the compressive strength of cement-based material when it is cured in a culture medium. Because the compressive strength is strongly affected by the hydration of cement paste, this research aimed to investigate the role of the microorganism Sporosarcina pasteurii in hydration of cement paste. The microorganism's role was investigated with and without the presence of a urea-CaCl₂ culture medium (i.e., without curing the specimens in the culture medium). The results showed that S. pasteurii accelerated the early hydration of cement paste. The addition of the urea-CaCl₂ culture medium also increased the speed of hydration. However, no clear evidence of microbially induced calcite precipitation appeared when the microorganisms were directly mixed with cement paste.

• 콘크리트학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.547-557
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• 2010

이 연구는 미생물의 생체광물형성작용 중 미생물의 방해석 석출 작용(micro-biologically induced calcite precipitation, MICP)을 이용하여 환경적인 문제를 배려한 차세대 스마트 콘크리트의 개발이 목적이다. 현재 콘크리트의 개질(改質) 및 성능향상을 목적으로 미생물의 방해석 석출 작용을 이용한 기술은 대표적 미생물인 Sporosarcina pasteurii에 의해 그 가능성이 제안되어 왔다. 이 연구에서는 이러한 미생물의 방해석 석출작용을 이용하는 것으로서 선행 연구의 Sporosarcina pasteurii외에 콘크리트 구조물에서 탐색하여 16S rDNA 염기서열 분석법에 의해 동정된 4종의 신규 유용미생물자원들을 추가적으로 이용하였으며, 이렇게 확보된 방해석을 석출하는 유용미생물자원들에 대한 소개와 미생물의 방해석 석출 작용에 따른 시멘트 결정성을 평가하였다. 또한 콘크리트의 개질 및 성능 향상을 목적으로 이러한 유용미생물자원들을 우선적으로 모르타르 환경에 적용하여 양생조건별 압축강도의 특성을 평가하고, 모르타르에 인위적 균열을 만들어 미생물의 방해석 석출 작용에 따른 균열의 충전 가능성을 검토하였다. 이러한 유용미생물들의 적용에 따른 효과는 보수 기능뿐만 아니라 환경 문제를 배려한 새로운 재료로서의 개발로 이어져 향후 더욱 더 중요한 연구주제의 하나가 될 것으로 기대된다. 또한 이 연구의 큰 의미는 실제 콘크리트 구조물에 상생하고, 자연환경에서 방해석을 석출하는 미생물을 이용한다는 것이며, 긴 시간동안 자연환경에서 살아남은 이 미생물들은 환경적으로 안전할 뿐만 아니라 새로운 환경 저부하성 기능재료로서의 이용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제20권3호
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• pp.83-91
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• 2015

Mine soil contamination by high levels of metal ions that prevents the successful vegetation poses a serious problem. In the study presented here, we used the microbial biocatalyst of urease producing bacterium Sporosarcina pasteurii or plant extract based BioNeutro-GEM (BNG) agent. The ability of the biocatalysts to bioremediate contaminated soil from abandoned mine was examined by solid-state composting vegetation under field conditions. Treatment of mine soil with the 2 biocatalysts for 5 months resulted in pH increase and electric conductivity reduction compared to untreated control. Further analyses revealed that the microbial catalysts also promoted the root and shoot growth to the untreated control during the vegetation treatments. After the Sporosarcina pasteurii or plant extract based BNG treatment, the microbial community change was monitored by culture-independent pyrosequencing. These results demonstrate that the microbial biocatalysts could potentially be used in the soil bioremediation from mine-impacted area.

• KSBB Journal
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• 제28권3호
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• pp.165-169
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• 2013

In this study, 52 ureolytic bacterial strains were newly isolated from various environments. From these, 2 strains (TB-15 and TB-22) were selected based on their high urease activity. XRD spectra clearly showed presence of various sequestration products such as calcite and strontianite in samples. TB-22 showed 20~30% higher survivability upon Sr concentration (20 mM) than Sporosarcina pasteurii KCTC 3558. TB-15 and TB-22 showed 80~90% higher survivability at pH 6 than S. pasteurii. The results demonstrated that the 2 isolates colud be good candidates for the bioremediation of Sr contaminated sites.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권3호
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• pp.67-75
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• 2012

본 연구에서는 식물추출액을 이용하여 모래 입자 사이에 친환경적으로 탄산칼슘을 석출시켜 모래 고결을 유발하고자 하였다. 식물추출액에는 고결유발 미생물(예: $Sporosarcina$ $pasteurii$)과 같이 요소를 탄산이온과 암모늄이온으로 분해하는 우레아제 성분이 포함되어 있다. 분해된 탄산이온과 용액 속에 녹아 있는 칼슘이온이 결합하여 탄산칼슘을 석출시키는 원리를 이용하여 모래의 고결을 유도하였다. 깨끗한 낙동강모래에 식물추출액과 요소 그리고 칼슘원(염화칼슘 또는 수산화칼슘)을 혼합한 용액을 섞어서 비빈 다음 다짐방법으로 공시체를 제작하였다. 요소의 농도를 세 종류로 달리하였으며, 제작된 공시체를 실내($18^{\circ}C$)에서 3일 동안 양생시킨 다음 일축압축시험과 SEM 및 XRD분석을 실시하여 사질토의 고결 정도를 연구하였다. 칼슘원에 관계없이 요소의 농도가 높을수록 탄산칼슘이 더 많이 침전되어 일축압축강도는 식물추출액을 사용하지 않은 경우보다 최대 10배까지 증가하는 경향을 보였다. 염화칼슘을 사용한 공시체가 수산화칼슘을 사용한 경우보다 더 높은 강도를 나타내었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제31권9호
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• pp.1311-1322
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• 2021

Microbially induced calcium carbonate precipitation (MICP) has recently become an intelligent and environmentally friendly method for repairing cracks in concrete. To improve on this ability of microbial materials concrete repair, we applied random mutagenesis and optimization of mineralization conditions to improve the quantity and crystal form of microbially precipitated calcium carbonate. Sporosarcina pasteurii ATCC 11859 was used as the starting strain to obtain the mutant with high urease activity by atmospheric and room temperature plasma (ARTP) mutagenesis. Next, we investigated the optimal biomineralization conditions and precipitation crystal form using Plackett-Burman experimental design and response surface methodology (RSM). Biomineralization with 0.73 mol/l calcium chloride, 45 g/l urea, reaction temperature of 45℃, and reaction time of 22 h, significantly increased the amount of precipitated calcium carbonate, which was deposited in the form of calcite crystals. Finally, the repair of concrete using the optimized biomineralization process was evaluated. A comparison of water absorption and adhesion of concrete specimens before and after repairs showed that concrete cracks and surface defects could be efficiently repaired. This study provides a new method to engineer biocementing material for concrete repair.

• Geosystem Engineering
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• 제21권5호
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• pp.291-296
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• 2018

The aim of this work is to study the effect of aggregate type on the physico-mechanical properties and microstructure of bio-mortar (BM). Three different aggregates such as sand, dolomite and basalt were used. BM was prepared by mixing aggregates with bacterial cells (Sporosarcina Pasteurii) and one equimolar (1 M) of $urea/CaCl_2.2H_2O$. The results proved that the chemical composition and physical properties of aggregates play an important role in the microbial precipitation rate as well as size, morphology and crystallinity of the precipitated calcite, which strongly reflects on the properties of the prepared BM. The BM containing dolomite gave the highest compressive strength and lowest water absorption.

• 콘크리트학회논문집
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• 제21권4호
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• pp.501-511
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• 2009

이 연구는 콘크리트구조물의 유지관리 및 보전활동의 절력화와 콘크리트구조물의 장기 수명화를 목적으로 번잡한 검사나 보수작업을 필요로 하지 않고, 콘크리트에 발생하는 미세한 균열에도 수시의 점검 등이 필요 없이 미생 물의 생체광물형성작용을 이용하여 콘크리트 그 자체에 자기치유 기능을 부여하는 것에 관한 내용이다. 이 논문은 콘 크리트에 자기치유 기능을 부여하는 것에 관한 연구 중 지금까지와는 완전히 다른 방법으로 미생물의 생체광물형성작 용(biomineralization)을 이용한 자기치유 콘크리트 개발에 관한 기초적 연구로서, Sporosarcina pasteurii가 탄산칼슘을 석 출시키는 biomineralization을 이용하여 미생물이 신진대사 작용을 할 때의 탄산칼슘 석출 반응에 의한 세포 외에 다른 화합물의 생성, 탄산염광물의 석출 및 모래표면을 고화시켜 모래의 입자를 접착하는 바인더로서의 이용을 검토 하였다. 그 결과 새로운 광물 형성 및 모래표면의 고화가 어느 정도 가능한 것이 확인되었으며, 또한 유기(미생물)·무기(CaC$O_3$) 복합 구조를 가진 calcite에 의해 균열의 보수도 어느 정도 가능한 것이 기초실험을 통해 확인할 수 있었다. 따라서 콘 크리트구조물에 이러한 미생물의 신진대사 작용에 따른 생체광물형성작용의 이용은 미생물과 같이 완성된 진정한 의미 의 자기치유 콘크리트가 될 것으로 사료되며, 이러한 미생물의 적용에 따른 효과는 보수 기능뿐만 아니라 환경 문제를 배려한 새로운 재료로서의 개발로 이어져 향후 더욱 더 중요한 연구주제의 하나가 될 것이다.